智能客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、智能客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 長(zhǎng) 春 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文 題 目 智能型客車 超載檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電氣與電子工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化090307 指導(dǎo)老師 唐 娜 姓 名 吳 飛 2013年6月11日 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 指導(dǎo)教師簽字： 評(píng)閱人簽字： 年 月年 月 日 日 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘 要 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)客車超載監(jiān)控系統(tǒng)，以MCS-51單片機(jī)為核心，利用反射式紅外傳感器、方向識(shí)別電路、報(bào)警電路、鎖定電路設(shè)計(jì)，能夠通過鍵盤手動(dòng)設(shè)置乘客人數(shù)的上限值，并用LED顯示器顯示車內(nèi)的實(shí)時(shí)乘客人數(shù)。當(dāng)客車內(nèi)人數(shù)超載時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出

2、聲光報(bào)警，并通過繼電器切斷客車的電子啟動(dòng)裝置，從而將汽車鎖定，使之無法行駛。當(dāng)超載解除后，聲光報(bào)警也相應(yīng)的解除，客車鎖定解除，可以正常運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)共分兩部分，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件部分利用紅外傳感器和方向識(shí)別電路將乘客的上、下車情況進(jìn)行檢測(cè)和判斷并輸入單片機(jī)系統(tǒng)。經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)將處理的數(shù)據(jù)送LED顯示，聲光報(bào)警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)客車啟動(dòng)裝置的鎖定。軟件部分用匯編語言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該系統(tǒng)通過調(diào)試后，能夠較好的完成客車超載的預(yù)警提示，并對(duì)超載情況進(jìn)行相關(guān)控制。 關(guān)鍵詞：客車；超載；監(jiān)控；單片機(jī) I 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)

3、士學(xué)位論文 Intelligent Passenger Overload Detection System Design Abstract: This paper illustrates the design of a carriage overload monitoring system.MCS-51 MCU as core is used to design hardware circuit and software.In this subject we use infrared sensors,identify circuit and alarm-circuit latch circui

4、t to design a carriage overload monitoring system that enables the keyboard to manually set limits on the number of passengers and can use LED at the same time to display the number of passengers inside.If the passenger overloading,the sound and light alarm system cuts off the bus through the electr

5、onic launch devices.By doing this,the overload monitoring system can lock the car,so that the car cant be started.When the overload is canceled,the sound and light warning is canceled. The bus is also unlocked and can be operated normally. The design is divided into two parts, hardware system design

6、 and software system design .The hardware systems parts uses infracted sensors and identify circuit to detect and judge the situation whether the passengers are getting on or off the bus .This system can display the number of passengers on LED. The sound and light alarm circuit is composed of buzzer

7、 and LEDs, the lock function of the buss launch devices achieves by using the relay unit. Assemble language is used in the software system and modularization design idea is adopted .The monitor system can complete an alarm beforehand for overload, meanwhile the mutuality control will be adopted. Key

8、 words: carriage;overloading;monitoring; SCM(single chip micro computer) II 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目 錄 第1章 緒 論 . 1 1.1立題的意義 . 1 1.2課題研究任務(wù)及目標(biāo) . 2 1.3課題主要內(nèi)容 . 2 第2章 客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的方案論證 . 4 2.1系統(tǒng)的原理 . 4 2.2系統(tǒng)的組成 . 4 第3章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . 6 3.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)電路 . 6 3.1.1傳感器的選擇 . 6 3.1.2反射式紅外傳感器檢測(cè)原理 . 7 3.1.3方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì) . 8 3.1

9、.4 雙D觸發(fā)器 . 10 3.1.5 7406 芯片 . 10 3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 13 3.2.1單片機(jī)的選擇 . 13 3.2.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì) . 15 3.3顯示電路的設(shè)計(jì) . 17 3.3.1 7407集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 . 18 3.3.1LED顯示器 . 19 3.3.3顯示電路 . 20 3.4鍵盤電路的設(shè)計(jì) . 21 3.5報(bào)警電路的設(shè)計(jì) . 22 3.6客車鎖定電路的設(shè)計(jì) . 23 3.7供電電源電路的設(shè)計(jì) . 24 第4章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 26 4.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案 . 26 4.2 T0、T1中斷計(jì)數(shù)程序的設(shè)計(jì)

10、 . 28 4.3按鍵子程序的設(shè)計(jì) . 29 4.4報(bào)警與鎖定子程序的設(shè)計(jì) . 30 4.5顯示子程序的設(shè)計(jì) . 31 結(jié) 論 . 33 致 謝 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 附錄I 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)原理圖 . 37 附錄 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)程序清單 . 38 附錄III 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)元器件清單 . 44 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第1章 緒 論 1.1立題的意義 隨著生活水平的不斷提高，人們外出打工、探親、旅游的人數(shù)越來越多，尤其是節(jié)假日，而與此相關(guān)的公路客運(yùn)（長(zhǎng)途客車，旅游客車等）的運(yùn)力卻沒有相應(yīng)增加，致使超員現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)。目前，它已成為一個(gè)嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)

11、展的社會(huì)問題?？蛙嚦d對(duì)國家的公路設(shè)施和客運(yùn)市場(chǎng)造成了不良的影響，也影響車輛本身和車輛的駕駛、控制，容易引發(fā)事故，我們都知道車輛超載運(yùn)輸并且長(zhǎng)期處于超負(fù)荷狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致車輛的制動(dòng)裝置和操作系統(tǒng)等安全性能迅速下降，表現(xiàn)為輪胎變形爆胎，剎車失靈，轉(zhuǎn)向器輕飄抖動(dòng)，鋼板彈簧折斷，半軸斷裂等等。而客車一旦發(fā)生事故，給國家和百姓帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失和感情傷害。 目前，國家雖然出臺(tái)了一系列的政策法規(guī)來制止客車超載，各地政府也制定了相關(guān)的制度來對(duì)客車超載進(jìn)行管理，在一定程度上減少了客車超載現(xiàn)象，但在節(jié)假日等客流高峰期，超載現(xiàn)象還是屢禁不止。在采取行政監(jiān)督管理的同時(shí)，通過科學(xué)技術(shù)的手段來消除客車超載的現(xiàn)象也有著極

12、其重要的意義和實(shí)用性。 單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的分支，是將CPU、存儲(chǔ)器、總線、I/O接線口電路集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上。自問世以來，以其極高的性價(jià)比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展也很快。因此它廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： (1)在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。 (2)在工業(yè)控制中

13、的應(yīng)用 單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 在家用電器中的應(yīng)用 現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn) 1 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、 機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再

14、到日常工作中隨處可見的移動(dòng) 、集群移動(dòng)通信、無線電對(duì)講機(jī)等。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等。 因此單片機(jī)的出現(xiàn)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模型也就基本具備了。單片機(jī)以其兼容性強(qiáng)，軟件、硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)資源資料豐富，以及極高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注。單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展促進(jìn)了超載、超量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展。以單片機(jī)為核心的智能監(jiān)控系統(tǒng)以其體積小，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，開發(fā)較為容易，并可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)，很快占有了監(jiān)控器領(lǐng)域的市場(chǎng),所以其應(yīng)用很廣

15、，發(fā)展很快。 因此本課題正是基于此點(diǎn)，采用單片機(jī)為核心的智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)客車內(nèi)乘客人數(shù)的統(tǒng)計(jì)，并通過LED顯示器實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)客車出現(xiàn)超載時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)通過繼電器關(guān)閉客車的啟動(dòng)裝置來阻止超載客車的運(yùn)行。反之，當(dāng)超載解除后，聲光報(bào)警被解除，系統(tǒng)也相應(yīng)解除對(duì)客車的鎖定，客車可正常運(yùn)行，從而達(dá)到了智能監(jiān)控客車超載的要求，大大減少因超載而發(fā)生交通事故，使乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全得到有效的保障。 1.2課題研究任務(wù)及目標(biāo) 本課題主要任務(wù)是以MCS-51單片機(jī)為控制核心，能夠自動(dòng)檢測(cè)車內(nèi)乘客的人數(shù)并用LED即時(shí)顯示，通過鍵盤設(shè)置超載人數(shù)的上限值，一旦客車超載時(shí)能進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)鎖定客車的啟動(dòng)裝置。

16、它的硬件電路部分主要包括檢測(cè)電路（紅外傳感器和方向識(shí)別電路）、鍵盤電路、顯示電路、控制電路和報(bào)警電路五大部分。其中，主要研究?jī)?nèi)容為：紅外檢測(cè)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別電路、LED數(shù)碼管的顯示、單片機(jī)控制系統(tǒng)等。 該設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下： 能夠完成車廂內(nèi)人數(shù)的顯示，并用LED即時(shí)顯示 超載人數(shù)的上限值可以通過鍵盤設(shè)置（默認(rèn)人數(shù)為30） 客車一旦超載時(shí)將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并關(guān)閉汽車的啟動(dòng)裝置。 光報(bào)警信號(hào)要實(shí)現(xiàn)1S閃爍功能，聲音報(bào)警電路要產(chǎn)生1kHz音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器完成。 1.3課題主要內(nèi)容 本文主要介紹了客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)思想、各功能的實(shí)現(xiàn)方法、相 2 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 應(yīng)的電路原理、以

17、及各元器件性能型號(hào)的選擇，內(nèi)容主要分為兩部分： 第一部分是硬件的設(shè)計(jì)，包括硬件電路方案的設(shè)計(jì)、元器件的選擇等，具體的硬件電路包括檢測(cè)電路（傳感器和方向識(shí)別電路），AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路、鍵盤輸入電路、LED顯示電路、聲光報(bào)警電路、鎖定電路等。以硬件來完成具體的功能使整個(gè)系統(tǒng)完整，并達(dá)到最終可以準(zhǔn)確的檢測(cè)客車超載檢測(cè)的最終目的。 第二部分是軟件的設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的思想，逐步完善設(shè)計(jì)功能，初步繪制出電路圖和程序的流程圖。以軟件配合硬件，使其可以利用軟件來使硬件相互關(guān)聯(lián)、相互輔助，使整個(gè)設(shè)計(jì)完整。 3 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第2章 客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的方案論證 2.1系統(tǒng)的原理

18、 本課題所設(shè)計(jì)的客車超載監(jiān)控系統(tǒng)主要是避免因人數(shù)超載而引發(fā)的交通事故，所以本系統(tǒng)應(yīng)該具備對(duì)乘客上、下車動(dòng)作的智能檢測(cè)，通過單片機(jī)來處理傳感器獲取的信息，可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)客車上、下乘客的具體人數(shù)，能用LED來進(jìn)行即時(shí)的數(shù)字顯示。當(dāng)客車內(nèi)的實(shí)際人數(shù)超過設(shè)置的預(yù)定數(shù)值的上限值時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)客車的啟動(dòng)裝置也將會(huì)被鎖定，這樣可以有效地阻止超載情況的發(fā)生，從而降低因超載而引發(fā)的交通事故。 本系統(tǒng)中智能檢測(cè)的方法顯得尤為重要。其中，智能檢測(cè)包括兩部分：第一是檢測(cè)模塊部分。通過E3F-DS30C4反射式紅外傳感器和雙D觸發(fā)器對(duì)乘客的上、下車動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)和判斷。第二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)部分。由單片機(jī)對(duì)接

19、收的脈沖信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的加減計(jì)數(shù)運(yùn)算，即完成統(tǒng)計(jì)乘客人數(shù)的功能。只有對(duì)車內(nèi)人數(shù)準(zhǔn)確的監(jiān)視，才能判斷出是否超載，來避免交通事故的發(fā)生，從而達(dá)到防患于未然的現(xiàn)實(shí)意義。 2.2系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。主要包括：檢測(cè)電路（紅外傳感器和方向識(shí)別電路）、鍵盤電路、單片機(jī)系統(tǒng)、LED顯示電路、繼電器控制電路、報(bào)警電路六部分。 圖2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖 4 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)各部分的基本功能簡(jiǎn)介如下： 反射式紅外傳感器 該傳感器是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)探測(cè)器前方有障礙物時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)探測(cè)器前

20、方?jīng)]有障礙物時(shí)，探測(cè)器輸出端輸出高電平，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，探測(cè)器輸出端輸出低電平。因此，當(dāng)有乘客經(jīng)過車門完成一個(gè)上車或者下車的動(dòng)作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這樣就完成了對(duì)乘客上、下車動(dòng)作的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了將動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能。 方向識(shí)別電路 方向識(shí)別電路是由雙D觸發(fā)器組成的雙穩(wěn)態(tài)電路，它可以通過自身的邏輯電路，來實(shí)現(xiàn)辨向的功能。方向識(shí)別電路與單片機(jī)的T0 、T1口相連，當(dāng)乘客上車時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的負(fù)脈沖信號(hào)，把其接入T0端作為乘客上車動(dòng)作信號(hào)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)辨別乘客運(yùn)動(dòng)方向的功能。同理，當(dāng)乘客下車時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的負(fù)脈沖信號(hào)，把其接入T1端，即T1端作為乘客下車動(dòng)作信號(hào)的輸入端。 單片機(jī)系統(tǒng)

21、 單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心元件，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器所采集的信號(hào)的判斷和處理，控制硬件部分的鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路從而完成客車超載的智能監(jiān)控。 鍵盤 鍵盤采用4個(gè)獨(dú)立式的按鍵來手動(dòng)設(shè)置客車乘客人數(shù)的上限值，系統(tǒng)內(nèi)的復(fù)位。 LED 顯示電路 該電路用兩位共陰極 LED 數(shù)碼管來即時(shí)顯示，其系統(tǒng)開始時(shí)顯示預(yù)置上限人數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控階段則顯示客車內(nèi)乘客的即時(shí)人數(shù)。 繼電器 在該系統(tǒng)中用繼電器來模擬客車的啟動(dòng)裝置。若繼電器斷開，則代表客車已被鎖定無法開啟；若繼電器閉合則代表客車恢復(fù)正常的啟動(dòng)，可以運(yùn)行。 報(bào)警電路 報(bào)警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)接收到單片機(jī)的命令時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警和解除報(bào)警。

22、5 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第3章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的基礎(chǔ)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，本設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。硬件設(shè)計(jì)的主要組成部分：檢測(cè)電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、LED顯示電路、繼電器控制電路、聲光報(bào)警電路、鍵盤輸入電路。 3.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)電路 在客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)電路中主要有：傳感器的選擇、反射式紅外傳感器檢測(cè)原理、方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì)。 3.1.1傳感器的選擇 在本系統(tǒng)中傳感器的主要作用是完成上、下車乘客動(dòng)作信號(hào)的檢測(cè)，因而在對(duì)傳感器選擇時(shí)應(yīng)盡量考慮實(shí)際需求。其中包括適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)范圍、靈敏度、調(diào)理電路簡(jiǎn)單、高性價(jià)比等。 常用的

23、傳感器有反射式紅外傳感器、超聲波式傳感器、激光雷達(dá)和MMW雷達(dá)等。幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較如表所示。 其中超聲波傳感器的基本原理是超聲波的直線傳輸特性。傳感器有一個(gè)超聲波發(fā)射端，上電后發(fā)射超聲波，另有一個(gè)超聲波接收端，如果前方有障礙物，超聲波反射回來被接收端接收，并在輸出端輸出一個(gè)響應(yīng)的電平信號(hào)。該方法被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的研究上。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格合理，易于使用，且在10m以內(nèi)能給出精確的測(cè)量。但是超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測(cè)達(dá)100m遠(yuǎn)，但可能在傳輸中受到其它信號(hào)的干擾，所以不能用于本系統(tǒng)。視覺傳感器在CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格合理，在一定的寬度和視覺域內(nèi)

24、可以測(cè)量定多個(gè)目 6 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 標(biāo)，并且可以利用測(cè)量的圖像根據(jù)外形和大小對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測(cè)到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來隨著尺寸及價(jià)格的降低，在汽車行業(yè)開始被使用，但是仍存在性價(jià)比的問題。 本設(shè)計(jì)采用的是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合。 該漫反射型光電開關(guān)檢可以檢測(cè)前方3-80cm (可以調(diào)節(jié)）；工作電壓為5V直流電壓。工

25、作電流小于10mA；輸出驅(qū)動(dòng)電流為100mA； 使用溫度范圍為4070C；這是一種應(yīng)用最為廣泛的光電開關(guān)，它的直徑為17mm，固定時(shí)只要在設(shè)備外殼上打一個(gè)17mm的園孔就能輕松固定，長(zhǎng)度約45mm，引線長(zhǎng)度為45mm。 3.1.2反射式紅外傳感器檢測(cè)原理 漫反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。漫反射式光電開關(guān)工作示意圖如圖所示。 圖3.1 漫反射式光電開關(guān)工作示意圖 測(cè)量電路也是傳感器組成的一部分。由

26、于傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)化元件組成，但轉(zhuǎn)化元件輸出的電量常常難以直接進(jìn)行顯示、記錄、處理和控制。這時(shí)就需要將其進(jìn)一步變化成可直接利用的電信號(hào)，而傳感器中完成這一功能的部分稱為測(cè)量電路。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，傳感器的測(cè)量電路也逐漸開始集成芯片化。一般需要輔助電源供電。測(cè)量電路的選擇視轉(zhuǎn)化元件的類型而定，常采用的有電橋電路、 7 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 脈寬調(diào)制電路、振蕩電路、高輸入阻抗電路。 紅外傳感器采用E3F-DS30C4型光電開關(guān)，該傳感器為漫反射式光電開關(guān)，漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線需要經(jīng)檢測(cè)物表面才能反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將決定接受器接收到光線

27、的強(qiáng)度。粗糙的表面反射回的光線強(qiáng)度必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度，而且被檢測(cè)物體的表面必須垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。當(dāng)無檢測(cè)物體時(shí)，常開型的光電開關(guān)所接通的負(fù)載由于光電開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí)晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。該傳感器探測(cè)距離為3-80cm，根據(jù)實(shí)際需要把車門兩個(gè)傳感器的探測(cè)距離調(diào)整為40cm。 3.1.3方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì) 在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，傳感器單元的功能是檢測(cè)乘客經(jīng)過車門的動(dòng)作信號(hào)，但是對(duì)乘客的具體上、下車的動(dòng)作不能作出判斷，因而采用方向識(shí)別電路對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行區(qū)分、判斷就成為了一個(gè)必要的環(huán)節(jié)。在本課題的設(shè)計(jì)中，反射式紅外傳感器安裝在客車車門附近，其

28、具體安置方法如圖所示。 圖 3.2 檢測(cè)傳感器安放圖 本系統(tǒng)對(duì)方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì)采用了雙D觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乘客方向的識(shí)別。方向識(shí)別電路如圖所示。 8 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 圖3.3辨別方向電路圖 9 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 圖3.4 辨別方向DXP電路圖 如圖3.4所示，將雙D觸發(fā)器的復(fù)位端分別與7406相連。由于雙D觸發(fā)器的置位端為低電平有效，將置位端接+5V電壓，從而對(duì)置位信號(hào)進(jìn)行屏蔽。將D觸發(fā)器的 Q端與Q端連接起來，這樣D觸發(fā)器的特征方程為Qn?D。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK=0時(shí)，D觸發(fā)器的Q端和Q端保持邏輯狀態(tài)不變；當(dāng)CLK=1時(shí)，即D觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，Q端和Q端的狀態(tài)要進(jìn)

29、行翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變成相反的邏輯狀態(tài)。其特性表如表3.2所示。 表3.2 邊沿觸發(fā)器特性表 當(dāng)沒有乘客經(jīng)過車門時(shí)，傳感器1、2均輸出為高電平,經(jīng)74F06 反相處理后，輸出為低電平。觸發(fā)器的復(fù)位端和置位端為低電平有效，在本設(shè)計(jì)中對(duì)觸發(fā)器的置位端接入+5V進(jìn)行屏蔽。在沒有乘客上車時(shí)，兩個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CLK1、CLK2均等于0, Q1=0,Q2=0,D1=0,D2=0。如圖3.2所示，當(dāng)有乘客上車時(shí)，乘客先經(jīng)過1號(hào)傳感器，此時(shí)傳感器1輸出信號(hào)為低電平，經(jīng)第一個(gè)74F06后變?yōu)楦唠娖剑珻LK1=0,CLK2=1；D1=0，D2=1；Q1=0，Q2=1,即Q2的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)乘客離開1號(hào)傳感器時(shí)，由于

30、此時(shí)CLK1=0, D1=0,R1=1，D1觸發(fā)器的Q1和Q1端狀態(tài)將會(huì)保持不變，CLK2=0, R2=1,Q2=1也保持為高電平狀態(tài)。當(dāng)乘客進(jìn)入2號(hào)傳感器的檢測(cè)范圍時(shí)，傳感器2輸出信號(hào)為低電平，這樣CLK1=1，CLK2=0；D1=1，D2=1；R1=1，R2=0；Q2和Q2邏輯狀態(tài)要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)Q2=0，Q1的狀態(tài)仍保持不變。 在上車這一過程中，只有Q2和Q2狀態(tài)發(fā)生了變化，從低電平變?yōu)楦唠娖皆僮優(yōu)榈碗娖?。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)可由單片機(jī)T0端識(shí)別的脈沖信號(hào)。根據(jù)本電路的設(shè)計(jì)，T0端為乘客上車動(dòng)作信號(hào)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)了辨別乘客運(yùn)動(dòng)方向的功能。同理，當(dāng)乘客下車時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖信號(hào)接入T1端，

31、在本設(shè)計(jì)中T1端是乘客下車動(dòng)作信號(hào)的輸入端。 3.1.4 雙D觸發(fā)器 在電子技術(shù)中，N/2(N為奇數(shù))分頻電路有著重要的應(yīng)用，對(duì)一個(gè)特定的輸入頻率，要經(jīng)N/2分頻后才能得到所需要的輸出，這就要求電路具有N/2的非整數(shù)倍的分 10 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 頻功能。CD4013 是雙D觸發(fā)器，在以CD4013為主組成的若干個(gè)二分頻電路的基礎(chǔ)上，加上異或門等反饋控制，即可很方便地組成N/2分頻電路。 工作原理: SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時(shí),不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會(huì)使Q=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時(shí)，

32、觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下： (1)CP=0時(shí)，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時(shí)，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門打開，因此可接收輸入信號(hào)D，Q5=D，Q6=Q5=D。 (2)當(dāng)CP由0變1時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時(shí)G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=D。 (3)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時(shí)輸入信號(hào)被封鎖。這是因?yàn)镚3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的,即

33、必定有一個(gè)是0，若Q3為0，則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置0維持線,置1阻塞線。Q4為0時(shí)，將G3和G6封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器?？傊撚|發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號(hào)，正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比

34、,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的工作速度。 脈沖特性: (1)建立時(shí)間:由于CP信號(hào)是加到門G3和G4上的,因而在CP上升沿到達(dá)之前門G5和G6輸出端的狀態(tài)必須穩(wěn)定地建立起來。輸入信號(hào)到達(dá)D端以后，要經(jīng)過一級(jí)門電路的傳輸延遲時(shí)間G5的輸出狀態(tài)才能建立起來,而G6的輸出狀態(tài)需要經(jīng)過兩級(jí)門電路的傳輸延遲時(shí)間才能建立,因此D端的輸入信號(hào)必須先于CP的上升沿到達(dá)，而且建立時(shí)間應(yīng)滿足： tset2tpd。 (2)保持時(shí)間：為實(shí)現(xiàn)邊沿觸發(fā),應(yīng)保證CP=1期間門G6的輸出狀態(tài)不變,不受D端狀態(tài)變化的影響。為此，在D=0的情況下，當(dāng)CP上升沿到達(dá)以后還要等門G4輸出的低電平返回到門G6的輸入端以

35、后,D端的低電平才允許改變。因此輸入低電平信號(hào)的保持時(shí)間為tHLtpd。在 D=1的情況下，由于CP上升沿到達(dá)后G3的輸出將G4封鎖，所以不要求輸入信號(hào)繼續(xù)保持不變,故輸入高電平信號(hào)的保持時(shí)間tHH=0。 (3)傳輸延遲時(shí)間：從CP上升沿到達(dá)時(shí)開始計(jì)算,輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降膫?1 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 輸延遲時(shí)間tPHL和由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時(shí)間tPLH分別是:tPHL=3tpd tPLH=2tpd (4)最高時(shí)鐘頻率：為保證由門G1G4組成的同步RS觸發(fā)器能可靠地翻轉(zhuǎn)，CP高電平的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于 tPHL,所以時(shí)鐘信號(hào)高電平的寬度tWH應(yīng)大于tPHL。而為了在下一個(gè)CP上升沿

36、到達(dá)之前確保門G5和G6新的輸出 電平得以穩(wěn)定地建立，CP低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于門G4的傳輸延遲時(shí)間和tset之和，即時(shí)鐘信號(hào)低電平的寬度tWLtset+tpd. 3.1.5 7406 芯片 六高壓輸出反相緩沖器/驅(qū)動(dòng)器（OC，30V） 簡(jiǎn)要說明： 54/7406為集電極開路輸出的六組反相驅(qū)動(dòng)器，其主要電特性的典型值如下 表3.3 7406電特性 1A6A 輸入端 1Y6Y 輸出端 圖3.5 雙列直插封裝 工作原理： 集成運(yùn)放有同相輸入端和反相輸入端，同向和反向是指運(yùn)放輸入電壓和輸出電 12 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 壓的相位關(guān)系。由于電路要求，應(yīng)采用集成運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓Ui通過R

37、作用到集成運(yùn)放的反相輸入端，所以會(huì)得到Uo與Ui反相，同相輸入端通過R接地，R為補(bǔ)償電阻，可以來保證集成運(yùn)放輸入級(jí)差分放大電路的對(duì)稱性。電路通過電阻Rf引入負(fù)反饋。因?yàn)閿?shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的是負(fù)電壓，所以設(shè)置反相電路可以將其轉(zhuǎn)換為正電壓。 3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.2.1單片機(jī)的選擇 單片機(jī)模塊主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下車人數(shù)的加、減計(jì)數(shù)。單片機(jī)模塊在設(shè)計(jì)中，考慮到系統(tǒng)中的程序量和數(shù)據(jù)量較少，需要I/O口資源也相對(duì)較少，AT2MEL公司的AT89C51芯片的資源就能很好的滿足系統(tǒng)的需求，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了MCS-51系列單片機(jī)AT89C51芯片的最小系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。我們選用ATMEL公司89系類的標(biāo)

38、準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51,AT89C51是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4K字節(jié)的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM),它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。另外，AT89C51還具有MCS-51系類單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。128*8位內(nèi)部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)時(shí)器，5個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器來編程。因此AT89C51是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，它可

39、方便地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。89C51引腳圖如圖所示。 圖3.6 AT89C51芯片引腳圖 13 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 下面介紹89C51的主要引腳功能如下： (1)VCC（40）：電源+5V； (2)VSS（20）：接地； (3)P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口； (4)P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作； (5)P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口； (6)P1口（1-8）： 準(zhǔn)雙向通用I/O口； (7)PSEN：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇線； (8)XTAL1（19）

40、和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器； (9)RST（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效； (10)ALE/PROG（30）：地址鎖存允許信號(hào)； (11)EA（31）：內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器控制端； 由于本系統(tǒng)需要用到單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，所以在這里有必要介紹定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 圖3.7 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)原理圖 14 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 從定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個(gè)寄存器均可單獨(dú)訪問。這些寄存器是用于存放定

41、時(shí)或計(jì)數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個(gè)8位的定時(shí)器方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的定時(shí)控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時(shí)器的工作方式；TCON主要是用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。 當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)器時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳T0或T1。當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生由1到0的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器的值加1。每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間，對(duì)外部輸入引腳進(jìn)行采樣。如在第一個(gè)機(jī)器周期中采得的值為1，而在下一個(gè)周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個(gè)周期S3P1的期間，計(jì)數(shù)器加1。由于確認(rèn)一次負(fù)跳變要花兩

42、個(gè)機(jī)器周期，即24個(gè)振蕩周期，因此外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。本課題選用11.0592MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為500MHz。由于本課題所利用的是計(jì)數(shù)器T0、T1，并且是工作在工作方式2。所以以下重點(diǎn)介紹工作方式2的特點(diǎn)。 工作方式2是自動(dòng)恢復(fù)初值的8位計(jì)數(shù)器，可以將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值設(shè)為0FFFFH，當(dāng)計(jì)數(shù)器加1產(chǎn)生溢出中斷后執(zhí)行中斷子程序，TLX作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLX計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置“ 1”溢出標(biāo)志TFX的同時(shí)，還自動(dòng)地將THX中的初值送至TLX，以便TLX從初值重新開始計(jì)數(shù)。這種工作方式可以省去用戶軟件中重裝初值的程序，所以，工作方式2是一種不需重

43、裝初值的計(jì)數(shù)器，這就給軟件系統(tǒng)中T0、T1中斷子程序中反復(fù)利用計(jì)數(shù)溢出產(chǎn)生中斷帶來了方便。 3.2.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì) 由單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理可知：第一，盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路；第二，留有余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。 晶振電路 89C51單片機(jī)的時(shí)鐘可以兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。圖3.8是89C51片內(nèi)振

44、蕩器電路。89C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件，圖3.9是內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。外接晶體（在頻率穩(wěn)定性不高，而盡可能要求廉價(jià)時(shí)，可選用陶瓷諧振器）以及電容CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的 15 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低，外接陶瓷諧振器時(shí)，CX1和CX2的典型值約為47pF。晶體可在1.2MHz12MHz之間任選，電容CX1和CX2的典型值在20pF100pF之間選擇，在本課題中CX1和CX2選擇值為30pF。晶體的振蕩頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。為了提

45、高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。在本課題中晶振采用11.0592MHz。 圖3.8 89C51片內(nèi)振蕩器電路圖 圖3.9 內(nèi)部時(shí)鐘方式電路圖 復(fù)位電路 89C51的復(fù)位輸入引腳RST（即RESET）為89C51提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C51的時(shí)鐘電路工作后，只要在RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RST保持高電平，則89C51循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST由高電平變成低電平以后，89C51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路如圖所示。 16 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士

46、學(xué)位論文 C VCC RST 89C51 R1 R2 GND 圖3.10 單片機(jī)復(fù)位電路圖 當(dāng)89C51的RST引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。本系統(tǒng)采用的復(fù)位電路如圖 3.10所示,其復(fù)位可分為兩種方式，即上電復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。 在接通電源時(shí)，系統(tǒng)的復(fù)位為上電復(fù)位方式，復(fù)位電路是電容C和電阻R2組成的微分電路，此時(shí)電容C相當(dāng)于被瞬間短路，RST端輸入為高電平，持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間，而微分電路的時(shí)間常數(shù)=RC，選擇R2=1K?，C=22F可以滿2 足RST引腳持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的正脈沖的需要。 當(dāng)按鍵按下時(shí)，復(fù)位電路工作在按鍵復(fù)位方式，RST端電壓VRST為： R2VRST?VCC R

47、1?R2 （3.1） 由于手動(dòng)按鍵復(fù)位的按鍵時(shí)間，其電平一般都能使脈沖寬度維持10ms以上，所以對(duì)單片機(jī)的RST端能持續(xù)提供高電平以確保單片機(jī)可靠的復(fù)位。本課題中為單片機(jī)提供的復(fù)位高電平約為+4.5V，經(jīng)設(shè)計(jì)R1=200?，R2=1K?，C=22F。單片機(jī)復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。 3.3顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路主要由7407 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器和兩位共陰極LED構(gòu)成，其中7407主要增加驅(qū)動(dòng)LED的能力，顯示由兩個(gè)共陰極數(shù)碼管來完成。本設(shè)計(jì)以P0作為碼段輸出口，P2口的前兩位作為位選口，以動(dòng)態(tài)方式實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。 17

48、長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3.3.1 7407集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 六高壓輸出反相緩沖器/驅(qū)動(dòng)器（OC，30V） 簡(jiǎn)要說明： 54/7406為集電極開路輸出的六組反相驅(qū)動(dòng)器，其主要電特性的典型值如下 表3.4 7406電特性 1A6A 輸入端 1Y6Y 輸出端 3.11 雙列直插封裝 極限值: 電源電壓：7V； 輸入電壓：5.5V； 輸出截止態(tài)電壓：30V； 工作環(huán)境溫度：5407?-55125；7407?070；存儲(chǔ)溫度?-65150 功能表： Y=A 18 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 工作原理： 集成運(yùn)放有同相輸入端和反相輸入端，同向和反向是指運(yùn)放輸入電壓和輸出電壓的相位關(guān)系。由于電路

49、要求，應(yīng)采用集成運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓Ui通過R作用到集成運(yùn)放的反相輸入端，所以會(huì)得到Uo與Ui反相，同相輸入端通過R接地，R為補(bǔ)償電阻，可以來保證集成運(yùn)放輸入級(jí)差分放大電路的對(duì)稱性。電路通過電阻Rf引入負(fù)反饋。因?yàn)閿?shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的是負(fù)電壓，所以設(shè)置反相電路可以將其轉(zhuǎn)換為正電壓。在電路中7406作為驅(qū)動(dòng)芯片如圖3.12所示。 圖 3.12 7406驅(qū)動(dòng)芯片 3.3.1LED顯示器 LED即發(fā)光二極管，它是由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電子空穴，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長(zhǎng)（約十萬小時(shí)）、響應(yīng)速度快，顏色豐富等特點(diǎn)，是智能儀器最常用的顯示器。LED的正向工作壓降一般在1.2V-2.6V，發(fā)光工 19 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 作電流在5mA -20mA,發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?LED顯示器的發(fā)光管分別為a、b、c、d、e、f、g、dp,通過八個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示09和AF等16個(gè)字母數(shù)字，從而可以實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制整數(shù)和小數(shù)的顯示?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。LED顯示器有共陽極和共陰極兩種。LED顯示器有單個(gè)、七段、八段和點(diǎn)陣式等幾種類型，本次設(shè)計(jì)采用八段式共陰極LED，它的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 3.13顯示部分 3.3.3